探討體育器材中先進材料的使用對競技體育發展的影響

孫晉媛

摘要：隨著科學技術的不斷進步，出現了一些高分子材料與復合材料。在體育器材中應用這一系列的先進材料，不但使體育器材性能增強，而且使運動員的比賽成績提升。為此，本文主要分析了各種體育器材中應用的一些先進材料，且明確了使用的先進材料對競技體育發展形成的影響作用。

關鍵詞：體育器材;先進材料;競技體育;影響

中圖分類號：TQ050.4⁺3文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0122-03

體育器材通過機械理論以及力學原理的應用，屬于一種作用于人組織、韌帶、關節上的器材設計。為了確保運動員成績的提升與安全性，最為理想的體育器材設計涵蓋了很多學科的知識，像是材料科學、力學理論、機械設計學等。為此，在設計體育器材時，不但應有效兼顧材料的減震性、密度、韌度、強度等，而且應兼顧材料的安全系數，從而確保運動員不會受到傷害。下面，筆者主要對體育器材中先進材料的使用及其對競技體育發展的影響問題進行了簡要地分析。

1自行車中先進材料的使用及其對競技體育發展的影響

自行車這種輸送設備非常高效，自行車的發展主要體現在車輪與車架上。能夠看作自行車為一個被改造的空間框架，其骨架是菱形結構的。對于骨架材料的選擇，應注重其強度設計。在不兼顧成本的條件下碳填料是最為理想的材料。當然，也能夠應用鈦、鎂、鋁。在兼顧成本的條件下，適宜應用鋼。除了使碳纖維混合料骨架強化之外，當前也制造混合骨架，像是注重聯合應用鈦與碳纖維混合物。基于山地自行車對穩定性的要求，業已生產制造強化玻璃釬維尼龍的圓盤車輪。針對圓盤車輪而言，其應用碳纖維混合材料或鋁合金逐步取代了以往的車輪輻條材料。為了提供優良的側空氣動力性能和穩定性，也制造五輻的車輪或者是三輻的車輪。例如，歷年的環法自行車比賽選手的平均速度證實，在自行車中應用碳纖維可以使運動員的比賽成績大大提升。

2網球球拍中先進材料的使用及其對競技體育發展的影響

作為一項十分受青睞的網球運動而言，其在大概30年前應用的是木質球拍，在級別與水平較高的比賽中，運動員應用的球拍材料是加蓬欖木、木岑木等。在上個世紀的60年代，占據主導性的是混合材料球拍，隨著網球拍逐步應用鋁制或鋼制金屬混合框架，不但使球速提升，而且使危險性振動減緩。當今，網球拍重點應用鈦、鎂、鋼、鋁、等混合物制作而成。然而，在向球傳輸較大力量的基礎上，因為高硬度的碳纖維混合材料比金屬材料硬，在撞擊球的情況下頻率較高的振顫非常容易形成，為了實現如此振顫力度的降低，務必完善和優化球拍柄。完善的球拍結構往往是巢狀的聚氨醋泡沫（被注射進去），球拍柄的組成部分是一個軟質內核、很多層強化纖維。除此之外，球拍受到FR纖維的較大振顫減緩效果，因此其形成的硬度非常大。作為網球拍藝術的典型代表，wilson·flk的組成部分是12%的凱維拉斯、4%的純氧化鋁陶瓷、84%的石墨。石墨提供要求的硬度和強度，當“甜點”的外部范圍跟球形成撞擊的情況下，能夠避免扭轉球拍頭部，以使球拍頭部的偏斜減小，能夠有效地減緩振顫，而應用的扭轉凱維拉斯纖維可以使其應用壽命與強度增加。

3運動鞋中先進材料的使用及其對競技體育發展的影響

在一系列的體育運動當中，時時處處都可以見到新科技的運動鞋，其不但對運動者的安全與健康形成保護，而且直接決定了運動的效果。像是在田徑運動中，運動員的比賽常常嚴重受到運動鞋的影響作用。針對運動鞋鞋釘而言，未曾要求鞋釘的重量以及位置情況，然而，卻清楚地規定了鞋釘的直徑、數量、長度等。結合科學試驗的分析證實，運動員每每跨出一步，其腳部受到三倍于體重的重量。倘若跑鞋的重量提高0.1kg，那么運動員的體能消耗將提升1%，特別是針對短跑比賽而言，比賽的結果受到鞋釘重量的顯著影響作用。為此，應對鞋釘的有關形狀和位置進行合理、科學的設計。再者，除球員自身之外，具備高科技水平的運動鞋也常常是運動場上的最大亮點。其中，Adidas設計的“奇釘”大大地改變了足球鞋底的設計理念，puma在設計皮雷的球鞋中應用了自身的cell減震技術，diadora與nike更是淋漓盡致地體現了如此的人體工學設計理念。其中，nike先是將zoom減震科學技術應用于足球鞋中，在鞋墊的后掌和前掌上體現減震膠的形式。除此之外，獵鷹系列應用十分出名的powerpulse技術，以此提升對皮球的摩擦力。total 90和刺客等系列鞋表層具備一層亮物質，從而對足球進行迅速鎖定。技術的應用使足球跟足部之間減少了材料，并且使觸球感提升，這在迅速運球的過程中顯得十分重要。動態貼合高幫鞋領具備尤為理想的貼合感，這大大改進與完善了外形輪廓，使球鞋變成延展足部的感覺大大增強。mercurial superfly中非常關鍵的重大改進技術涵蓋布里奧纜線，可以在鞋面直接織人這一系列的纜線，再結合鎖眼孔向外底連接。如此類似肌腱的支持不斷向腳后跟延續，為此，這種款式的球鞋類似于彈弓的理論，可以將往前的推力提供給球員，以及應用了柔韌性非常理想的全新的全掌碳纖維底盤，這樣一來，有利于球員由地面獲取非常強大的反作用力效果，進而在比賽過程中可以實現理想的比賽成績。

4泳裝中先進材料的使用及其對競技體育發展的影響

在早期的分析中，荷蘭的專家證實跟不穿泳衣進行游泳形成的阻力要小于穿泳衣進行游泳形成的阻力。如此的結論表明改進泳衣的價值和意義。在漢城奧運會上，美國的馬特比昂迪（游泳名將）基于“大力士”泳衣的支持下，打破了自由泳50米的世界性紀錄，斬獲了一枚銅牌、1枚銀牌、5枚金牌。并且，美國對也打破了4×100m混合泳和自由泳接力、4×200m自由泳接力等項目的世界紀錄。從此之后，無論是在體育界，還是在輿論界，如此類型的泳衣又被叫做零阻力泳衣。基于科學技術的持續進步，為了確保順著身體表面流動水流，不斷出現一系列新的材料，人們通過新材料制作泳衣，而新泳衣的發展趨勢和方向是實現身體凹凸性的提升，以及避免運動員穿著的泳衣中進入水，換言之，盡管泳衣中可以進入水，可是也可以迅速地排出水分。除此之外，能夠確保運動員的身體呈現為美麗的流線型。在2000年的時候，速比濤公司對鯊魚皮膚進行了研究，從而設計出了Fast Skin（鯊魚皮）的泳衣，該種類型的泳衣能夠全身性地包裹運動員。由于鯊魚皮膚具備比較粗糙的褶皺（v形），因此能夠高效地流過身體表面的水流，從而實現水流摩擦力的顯著降低，最終確保運動員可以迅速地游泳。結合此理論，當運動員往后劃水的過程中，鯊魚皮泳衣可以為其帶來動力，在接縫位置模擬人的肌腱。與此同時，根據激光檢測的運動員身體的數據信息，通過特氟綸纖維（不親水的特點）精心設計了泳衣，實現設計的三維化，從而對運動員的腳踝和手腕進行嚴實地包裹。不但這樣，如此的泳衣還對人皮膚予以模仿，使用彈性的布料。事實證實，當運動員游泳時能夠降低3%的水阻力，進而讓運動員可以在千分之一秒的時間中取得比賽的勝利。

5撐桿跳撐桿中先進材料的使用及其對競技體育發展的影響

在上個世紀50年代末的時候，基于科技的不斷進步，撐桿比賽獲得了良好的發展機會。在雅典奧運會（1896年）中，撐桿跳借助竹竿可以達到十英尺六英寸的高度。在復合材料被高溫定型之后，制作的玻璃纖維復合桿（有機樹脂與玻璃纖維的粘合）具備彈性大、承載能力強、耐用、重量輕等優勢，因此變成撐桿跳選手的必備器材。當結束助跑向斜穴插入的情況下，運動員應用玻璃鋼撐桿可以轉變迅速往前的能量為桿的形變能量。并且，在最大程度地壓彎撐桿之后，運動員能夠借勢往上轉換桿的形變能量。應用這種技術，美國運動員在上世紀20年間（60至70年代）一直是這方面的佳績創造者，取得了世界性的壟斷地位。在上個世紀80年代時，歐洲逐步取得了撐桿跳的優勢，其在復合材料撐桿上應用一系列性能較高的纖維，像是前蘇聯的運動員在1985年應用新碳纖維撐桿取得了6m的好成績。為了可以在一系列的極限運動中取得佳績，當前世界的體育競爭中各個發達國家都注重科技的應用，這表現在體育器材和運動訓練上，而先進的材料和高新技術是其中的一個關鍵因素。其中，作為國際性的撐桿跳比賽而言，恰恰是因為應用了精度高的混合物撐桿，才一次又一次地取得了佳績。

6體育場地中先進材料的使用及其對競技體育發展的影響

毋庸置疑，體育場地表面的材料會從一定程度上影響選手的比賽成績，以及影響選手的比賽舒適感和生物力學特怔。一是運動員在運動的過程中，其身體肌肉會持續收縮和發力，這會沖擊運動員身體的肌肉或某個部位，進而使其形成運動傷害。為此，競技體育比賽對地板、地面等有關性能具備十分嚴格的標準和要求。當今，在體育競技比賽的地板與地面中普遍地應用一種新的、跟米粒大小相同的橡膠碎片，如此種類的橡膠碎片地板的優勢在于緩沖性、柔軟性、彈性等，這從某種程度上可以使選手受到的膝關節、踝關節、腳等的沖擊力大大降低，從而對其身體進行保護。除此之外，如此類型的底板具備空氣伸縮性以及空氣彈力層，從而實現理想的消音效果，這樣一來，在體育競技比賽時地板的震動情況基本不會出現。二是由于競技體育比賽的目標是更強、更快、更高，因此在競技體育的發展進程當中，所有的有關的體育工作者都想在改進和優化材料設施的基礎上提高選手的競技體育比賽成績。跟以往使用的跑道材料相比較而言，當前使用的塑膠跑道彈性較強，其鋪設材料是高分子化學合成材料。塑膠跑道的優勢在于可以使選手的蹬地能力大大提升，進而讓其加速腳步，并且可以讓選手膝蓋位置抬高，從而增加每一步的步幅，讓選手獲得更加理想的比賽成績。

7結語

總而言之，隨著當前科學技術的不斷進步，出現了很多的高分子材料和復合型材料，在體育器材中應用這些先進的材料，不但能夠使器材的性能提升，而且可以使選手取得更加理想的比賽成績，并且能夠推動競技體育的良好發展。